高中化学教材的研究和编制——人教版《化学反应原理》模块的设计思想，本文主要内容关键词为：化学反应论文,人教版论文,模块论文,设计思想论文,原理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
普通高中课程标准实验教科书化学选修4《化学反应原理》的内容——反应热、电化学、反应速率与化学平衡、电离平衡，一直以来都是高中化学中重要的理论知识，其在基础化学教育中的地位、作用不言而喻，这里不再赘述。但是将这些内容设置为一门独立课程模块，却是一次尝试。作为一门选修课程，它的价值体现，首先是要有尽可能多的人愿意选、能够学，其教学内容要让所学之人学得进、有所得且最好学出兴趣，这就是人教版教科书《化学反应原理》编写的基本出发点。
所谓学得进，就是教科书内容难易适中、深广度适度，学生经努力能够掌握；有所得就是要学到最基本、最核心的理论知识和化学思想，并使学生能同时习得科学的方法和人文精神；学出兴趣就是在上述两点的基础上，通过不同的内容呈现，辅以恰当的学习方式，使学习过程生动、丰富，且三维教育目标兼顾。
为此，在教科书体系、结构构建、内容选择、呈现方式设计等方面，我们有如下一些具体考虑和做法。
一、教科书体系的三序结合构建原则，常谈常新
以教科书的逻辑顺序、学生的认识顺序和心理发展顺序三者合理结合为原则，构建教科书的体系，是人民教育出版社化学室编写教科书的一条一贯性原则，时至今日可以说是老生常谈了。所以常谈是因为长期以来，国内外教育经验和我社几十年教科书编写经验表明，讲究三序结合的教科书便教易学，反之生命力不强。人教版《化学反应原理》的体系正是在此基础上，根据新课标的三维教育目标及内容要求构建的（见表1）。
全书四章内容分属两部分，一部分是化学能的转化，包括反应热和电化学，分别安排为第一章和第四章。将其分开安排，一方面是从内容的难易上考虑：反应热的内容相对简单，初中和高中必修中都有涉及，放在第一章学生较易接受，上手可顺利一些。电化学中的电极反应、电池反应较复杂，相对较难掌握；另外相关内容还涉及弱电解质的电离，因而放在了最后一章。另一部分是化学平衡理论及其应用，包括第二章的化学平衡和第三章的离子平衡，离子平衡在知识逻辑上可以看做是化学平衡知识的延伸和应用，在教学作用上又起着巩固化学平衡理论知识的作用。这两章的关系如下页图1所示。
表1 教科书各章节及主要内容
图1 化学平衡和离子平衡两章内容的相互关系
类似地，各章中节的顺序和内容间均有其内在的逻辑性与相互关系。如第一章第二节燃烧热是第一节反应热的具体实例，第三节反应热的计算则是第一节概念的定量描述。从第一节到第二节是从一般到具体，从第一节到第三节则是由定性认识上升为定量认识，其主要内容和相互关系如图2所示。
图2 第一章主要知识内容及相互关系
再如，第二章涉及化学反应的方向、速率和限度（化学平衡）三方面内容，其中化学反应方向的内容与速率、平衡没有直接联系，其位置可前可后，之所以安排在后面是考虑到速率和平衡知识是本章的重心，方向问题只是粗浅的简单介绍。而化学平衡知识是从正逆反应速率引出的，这样反应速率知识就是化学平衡知识的基础，反应速率的位置就只能放在化学平衡之前。
熟悉高中化学的同行不难看出，上述教科书体系在大框架上与以往高中化学类似，很传统。这是因为人教社化学教科书历来以科学严谨、逻辑性强著称，而《化学反应原理》的基本内容和要求与以往高中化学教科书又相仿，体系框架上的类似应属合理继承。在继承的基础上，本教科书在体系构建时也有创新，较明显的是全书绪言和各章引言的内容安排。在绪言中除谈及本教科书主要内容外，还专门选讲了有效碰撞理论、活化分子和活化能、催化剂等，意在于本课程之初，就从学习方法的角度使学生对理论、概念模型有一个初步的了解，并由此体会化学理论知识学习的特点，以对今后的学习起指导作用。后面各章引言也都是跳出了章内容，从该领域较高视角谈相关研究问题、思想、方法及前景等，意在先开阔视野，使学生对相关领域有一个大致了解后再进入具体知识内容的学习。此种安排有提纲挈领的作用，初学者不一定都能即时领会，教学中不必强求，其中的思想可随着学习的深入，慢慢体会。
二、教科书理论深广度的把握，立足基础
作为一门独立的理论性课程，毋庸讳言相应内容与之前的高中化学相比较，必然会出现两方面的变化：一是知识相对更全——内容加多加深，如增加了“能用焓变和熵变说明化学反应方向”“知道平衡常数的涵义，并能利用其计算反应物的转化率”“能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质”等内容；二是教学难点集中——理论知识集中使然。仅就其内容和课时来说，即便是针对“对化学及其相关专业感兴趣的学生”要“学得进、有所得、且最好学出兴趣”也不宜盲目追求理论的高深。作为基础教育阶段课程，成功的关键不是看理论有多深，而是其课程内容学生是不是真能学到手，或者说课程的三维目标是否真正能落实。基于这种考虑，在教学内容理论深广度的把握上，明确要立足基础，首先保证最基本、最核心的理论知识的落实，同时也适当兼顾在化学上特别有兴趣的学生的需求，安排一些理论拓展内容。具体做法举例如下。
1.焓变、熵变与化学反应的方向
在高中阶段要讲清楚焓变、熵变的完整概念，其知识基础和课时都是远远不够的，根据课标要求，焓变、熵变又只是在“说明化学反应方向”时用一下，那么对这两个概念学生只要知道就可以了。因此对这两个概念本书作了最简化处理。
对于焓变，本书首先用一段话介绍焓和焓变：“焓是与内能有关的物理量。在一定条件下，某一反应是吸热还是放热，由生成物与反应物的焓值差即焓变决定。”这里通过学生物理课程中已经学过的内能概念，直接告诉学生焓是一个物理量，而焓变就是化学反应中反应物变生成物后，这个物理量的变化。
这样学生对这个新概念仍然很陌生，接下来教科书再用一段话将焓变与恒压条件下的反应热相联系，学生通过较熟悉的反应热概念认识焓变就容易多了。同时由于高中化学研究的反应均可看成是恒压条件下的，因此在学生后面的学习中就可以将焓变看作反应热。
对于熵变，则利用自然界和生活中的一些现象，浅显地从体系的混乱程度（熵）与体系稳定性的关系入手，说明熵和熵变的涵义。
对于课标要求的“用焓变和熵变说明化学反应方向”，我们理解为定性地说明焓变、熵变分别与化学反应方向有怎样的关系，因为化学反应的方向不仅与焓变、熵变有关，同时与温度也有关，这就涉及了自由能，而引入自由能要求会明显提高，学生还难以理解，是得不偿失的事情。因此根据我们的理解，本书对焓变、熵变与化学反应的关系，逐次进行定性说明：
首先举例说明焓减的反应趋向于自发，接着又用反例说明焓减的反应并不都能自发进行，从而引出与反应方向有关的另一因素——熵变。
其次，同样用正反两类实例说明熵增的反应趋向于自发，但并非都能自发进行，进而说明焓变、熵变都不能独立地用于判断反应的自发性，需要综合考虑。
最后，通过科学视野栏目，拓展介绍化学反应自发性的综合判据——自由能判据，既可供有兴趣的学生一看，又不会提高教学要求。
2.燃烧热
人教版教科书中对燃烧热的定义为“101 kPa时，1mol纯物质燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量”，将燃烧产物由通常的“稳定的化合物”限定为“稳定的氧化物”，主要是考虑对于学生来说，燃烧生成的稳定氧化物比较容易判断，燃烧生成的稳定化合物则需特别记忆，如氯→氯化氢溶液，氮→氮气。将化合物限定为氧化物，可以减少枝节、降低难度、减轻负担，这样虽然会影响到对燃烧热概念的全面认识，但就其在本教科书中的地位而言足矣。
纵观燃烧热在教科书中的地位、作用，其与反应热和能源利用紧密相关，这三者在教科书中出现的顺序是：反应热→燃烧热→能源（见图2）。其中燃烧热的作用有二：一是作为反应热的一个具体实例，由于燃烧反应是学生较熟悉的一类反应，有一定的生活经验、较直观，以此为例说明反应热，便于对反应热的认识和理解；另外，燃烧热是化学能利用的重要又常见的形式，通过燃烧热，可从理论上将煤、石油、天然气、氢等能源与化学能的利用联系起来。上述两种情况都只需用到生成氧化物的燃烧反应。换句话说就是，这里出现燃烧热并非是要介绍这一概念本身，而是要利用它更好地阐释反应热并说明反应热、化学能利用、能源三者的关系，因此完全不必求全，以最小付出达到目的为佳。
3.化学平衡与几个平衡常数
教科书中化学平衡的内容突出的仍是平衡状态的特征、平衡移动原理的描述，化学平衡常数的作用是给平衡状态的特征、平衡移动原理以更严谨的定量佐证，利用其相关浓度、转化率的计算，在加深理解平衡状态的同时，认识平衡理论的研究和实际应用价值。对平衡常数指出其与温度有关，但不作进一步探讨，有关平衡常数的运用只限定在一定温度下。
水溶液中的离子平衡作为化学平衡知识的延伸与应用，重点更是运用平衡状态、平衡移动原理解释一些现象，几个相关平衡常数只作为拓展知识介绍，更不涉及平衡浓度的计算。
将电离常数、水解常数、溶度积常数安排为拓展内容，既可以大幅降低学习的量和难度，控制基本教学要求的深广度，又可以为确实学有余力的学生提供进一步学习的发展空间。这些拓展内容的安排，不仅仅是让学生能多学几个常数，通过这几个常数的学习，使学生更好地认识平衡常数的意义、几个离子平衡的特点才是这些内容的主要价值。为此，这几个常数的介绍紧紧围绕其意义、特点并有针对性地安排了实验、思考、练习等，写法一如基本教学内容。如电离常数介绍通过实验比较醋酸、碳酸和硼酸酸性的强弱，并思考其与相应电离常数大小的关系。水解常数的介绍，推导水解常数与弱酸电离常数及弱碱电离常数的关系，对弱酸弱碱酸碱性的强弱与相应盐水解程度的关系（基本要求内容中有相关分析），给出理论上的解释。而溶度积的介绍则主要揭示其如何应用于判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。
综上所述，有关平衡的知识，本教科书的策略是保证基本要求，适度提供发展空间。当然，从新课改的精神讲，学生向上发展的空间是不予限制的，在教学实际中也确见到有深入探讨平衡常数随温度变化、电离常数的计算运用等情况。对于确有精力的学生这未尝不可，值得提请注意的是：这样做时，要从基础教育的要求、学生的学习积极性等方面衡量一下得与失，一定要针对学生的实际切实把握好发展的度。
三、教科书内容的呈现与设计，实中见新
放眼时下基础教育各种教科书，无一不设有多种多样的栏目，配置丰富的彩色插图，这是活跃版面、引起兴趣的手段，更是体现三维教育目标的需要。像一些联系生活、生产实际，反映科学发展历史和发展的内容不能全部结合进教科书的正文，就需要设置一些资料性栏目；三维教育目标中的过程、方法目标和情感态度目标较适宜于通过实验、探究、讨论、调查和实验等活动性课实现，因而教科书上出现这样一类活动性栏目也是必然的；还有学习方法指导、个性化教育等教学目的和教学思想，也可以通过相应栏目在教科书中体现。人教版《化学反应原理》一书同样使用了多种栏目和插图，在栏目、插图的选用、呈现和版面的设计上，遵循从教学内容和教学目的的实际需要出发，追求提高教学质量的实效，于实效落实的过程中自然地体现蕴涵新课改理念的编写新意。
例如，在栏目设置上，求精不求多，讲求实际作用和效果。
表2 人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学》（选修4）栏目分类统计
从表2的统计结果看，活动性栏目的比例高达57%，这正与新课程教学方式多样化改革的要求相符。这些栏目有时单独使用，有时配合使用，如教科书中盐类水解内容的呈现（见图3）。
图3 盐水解内容的设计思路
其中先后使用了“科学探究”“思考与交流”“学与问”三个栏目，结合引言提问、正文分析讲解，先提问引出实验探究，二提问引出理论探究和分析推理，再提问引出新学理论应用，这样不断在已知基础上提出问题、获取新知，几个环节步步深入、环环相扣，学生于其中不但习得了新知，解释了生活中的问题，又提升了对原有离子反应完成条件的认识，在一系列的探究、思考、讨论、推理过程中还可以体验科学研究与学习的过程和方法，培养科学的逻辑思维与推理能力，内涵不可谓不丰富，但却并不显臃肿（这也是巧用栏目的一个好处）。整个学习过程以学生活动为主，师生共同参与，有利于调动学生的学习积极性，激发学习兴趣。由此可以看出，栏目的合理运用可以丰富教科书的内涵和形式，扩展教科书的功能，使其更好地服务于教学。
另外，在装帧设计上，本书采用了黑白版（前有少量彩图的插页），而不是现时通行的彩色版。这主要是服从降低成本、减轻学生负担的需要。另外，从本课程理论性内容的特点看，本身所需插图相对较小，其中不少又是理论示意图，这类图彩色与黑白教学作用一样，当然视觉效果很不同，会在一定程度上降低吸引力。但对学习理论性课程的高中学生而言，学习兴趣特别是持续兴趣的激发，更多取决于教学效果，而与教学效果相关性更强的是教科书的内在质量，而不是外在装潢。追求教学质量提高，努力使学生学出兴趣原是本教科书编写的初衷，在采用黑白版的情况下更要以质取胜。当然，随着我国经济的发展、教育的需要，适当时候本书也可以改为彩色版。
以上择要介绍了人教版化学选修4研究、编写中的几点设计思想与实践，作为新课改的一次尝试，在设计的落实上及与教学实际的切合度上一定存在距离，需要在教科书使用过程中不断调整、修正，这离不开广大教师同行的支持、帮助，而抛砖引玉，请同行们多子指教，正是本文的一个初衷。